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Introdução:

Esta é a série "Mais inteligência com sensores". Nossa série de vídeos explica as mais recentes tecnologias de sensor da TE Connectivity.

Hoje, em MAIS INTELIGÊNCIA COM SENSORES, vamos apresentar o sensor de temperatura e umidade HTU31.

1. Umidade: o que é e por que é importante?

A umidade é a medida do teor de vapor d'água do ar (ou outros gases).

"Umidade" é um termo geral para quantificar a quantidade de vapor d'água em um gás ou na atmosfera.

O vapor d'água desempenha um papel importante na manutenção da qualidade e da eficácia para produtos e tecnologias usadas todos os dias, além de ser essencial para a existência humana.

É essencial que fabricantes em diversos setores entendam como funcionam as medições precisas da umidade, e o papel desempenhado por produtos de sensor.

2. Como é feita a medição?

A umidade é a quantidade de vapor d'água no ar e pode ser medida em termos absolutos ou relativos. A umidade absoluta é a massa d'água (MA) em um volume de ar, normalmente expressa em unidades de g/m3. A maioria das pessoas conhece a umidade relativa, definida como a quantidade de vapor d'água no ar em relação à quantidade máxima de vapor d'água que o ar pode conter em uma determinada temperatura, expressa como uma porcentagem simples de 0% a 100%.

3. O que é o ponto de orvalho?

Outro termo que muitas pessoas conhecem graças à previsão do tempo na TV é o "ponto de orvalho", definido como a temperatura atmosférica (que varia de acordo com a pressão e a umidade) abaixo da qual as gotículas de água começam a se condensar e formar orvalho.

4. Por que a umidade é importante?

Em ambientes industriais e residenciais, a umidade é fundamental para a saúde de longo prazo e o bem-estar das pessoas, estejam elas no trabalho ou em casa. A detecção e o controle da umidade também é importante para diversos materiais e processos no ambiente de manufatura, bem como para a segurança dos equipamentos e dos funcionários.

5. Quais são os problemas associados à alta umidade?

Grande parte das pessoas conhecem pelo menos um pouco os problemas gerados por níveis altos de umidade em ambientes internos. Essas questões incluem baixa qualidade do ar interior, geração de mofo e míldio, baixa produtividade em ambientes industriais, baixa qualidade do sono em ambientes residenciais, aumento dos sintomas de asma e alergia, deformação de madeiras nobres e móveis, deformação de sistemas HVAC e contas mais altas.

Por outro lado, há muitos problemas associados ao ar seco ou aos baixos níveis de umidade interior que são menos conhecidos e pouco compreendidos. Entre eles: processamento e manuseio de vários materiais em fábricas e ambientes industriais, descarga eletrostática, bem como a saúde e o conforto humano.

6. Descrição do produto

A Série HTU31 de sensores de temperatura e umidade da TE Connectivity (TE) foi desenvolvida para realizar medições bastante precisas de umidade e temperatura em um acondicionamento de miniatura montada em superfície DFN com seis pinos e requisitos de potência muito baixos.  Esses sensores são calibrados na fábrica e estão disponíveis com saída digital I²C ou saída analógica de 0,5 V a 4,5 V, além de funcionarem em uma ampla faixa de temperatura, que vai de -40° C a +125° C.  Também funcionam com uma ampla faixa de tensão e um endereço I²C programável permite que vários sensores HTU31 operem no mesmo barramento I²C.  16 bits de resolução e uma precisão de ±2% para umidade e ±0,2° C para temperatura.  Com uma configuração de miniatura de somente 2,5 x 2,5 x 0,9 mm, o HTU31 é um dos menores e mais precisos sensores de temperatura e umidade no mercado hoje.

7. Como funciona

O HTU31 é formado por uma camada dielétrica de detecção de umidade e um eletrodo poroso na parte superior, bem como uma camada ultrafina de polímero e um eletrodo na parte inferior que converte umidade em sinal capacitivo.

Esse sinal capacitivo é processado por um ASIC personalizado que produz informações sobre a umidade em formato digital.  A temperatura também é lida pelo HTU31 e as informações relacionadas ficam disponíveis em formato digital ou como saída analógica.  No caso de temperatura superiores a 25° C, essas informações podem ser usadas para mostrar um valor de umidade mais preciso.

Confira os componentes que formam o sensor HTU31

-O eletrodo de ouro na parte inferior foi projetado para ser muito robusto e proteger o elemento de detecção em ambientes extremos

-A camada ultrafina de poliimida é usada para melhorar a integridade do polímero para substrato

-A camada de polímero foi otimizada para máxima sensibilidade à umidade

-O material poroso espesso do eletrodo superior foi projetado para fornecer uma resposta rápida, bem como um tempo de recuperação mais curto da condensação

É assim que funciona: 1) Há ar com moléculas de água ao redor do sensor HTU31

2) Esse ar úmido passa pelo eletrodo condutor poroso

3) As moléculas de água no ar permeiam o dielétrico detector de umidade

4) A constante dielétrica muda na proporção da concentração de água

5) Isso muda a capacitância do elemento de detecção

6) O ASIC mede a capacitância do elemento de detecção e converte essa leitura de capacitância em dados digitais

7) O ASIC também mede a temperatura do dielétrico de detecção do HTU31 e produz as informações de temperatura junto com os dados de umidade em I²C ou tensão em saída analógica

8. Saúde e conforto impactados pela umidade

Pelo lado da saúde, o corpo humano é composto por cerca de 65% de água, e evitar a desidratação é extremamente importante. Existem muitos mecanismos humanos para manter o equilíbrio geral dos fluidos no corpo, e a saúde e o conforto são muito afetados pela umidade do ar interior. Pele, olhos e sistema respiratório precisam da umidade ideal para uma boa saúde e para funcionarem corretamente. Pesquisas mostram um elo entre a baixa umidade e a probabilidade de transmissão da gripe. Estudos mostram que níveis mais altos de umidade reduzem a infecciosidade do vírus da gripe.  As defesas do nosso corpo são mais fortes em níveis de umidade relativa acima de 30%. O vírus da gripe fica menos infeccioso no ar com níveis mais altos de umidade relativa e a probabilidade de transmissão cai.

9. Aplicações

Há uma variedade de aplicações para as quais o HTU31 é bem adequado, incluindo sistemas HVACR.  Esses sistemas exigem dados precisos de umidade e temperatura, a fim de oferecer um ambiente confortável para as pessoas em casa e no local de trabalho.  O HTU31 é ideal, pois gera dados de umidade e temperatura sem necessidade de calibração e conta com uma operação verdadeiramente plug and play, porque se conecta diretamente a um barramento I²C com um conjunto de comandos simples que facilita a programação ou uma versão analógica opcional disponível que fornece saída em 0,5 a +4,5 volt.

O HTU31 permite um controle preciso e confiável de ambientes internos, o que é importante não só do ponto de vista do conforto, mas também para controlar a disseminação de bactérias e vírus no ar. Sensores de temperatura e umidade como o HTU31 também podem desempenhar um papel fundamental em uma série de aplicações de saúde, como CPAP e outros equipamentos de respiração.  Seu pequeno tamanho e alta precisão fornece informações precisas e confiáveis de umidade e temperatura em uma variedade de aplicações médicas.  O HTU31 fornece dados em formato digital direto ou em uma saída de 0,5 V a 4,5 V e combina um elemento de sensor de umidade, juntamente com sensor de temperatura embutido para oferecer dois conjuntos de dados ambientais em uma variedade de aplicações.

Muitos dos sistemas médicos de respiração mais sofisticados incluem a capacidade de adicionar umidade à corrente de ar regulada do paciente.  Essa adição de umidade pode tornar os tratamentos não só mais confortáveis, mas também mais eficazes.

Outra aplicação adequada para o HTU31 é para aparelhos como geladeiras, umidificadores e desumidificadores.  O tamanho reduzido do HTU31 minimiza o espaço da placa e seu baixo consumo de energia e a capacidade de utilizar a operação do modo de suspensão o torna ideal para aplicações alimentadas por bateria em qualquer lugar onde o uso de energia seja importante.  Além disso, sua ampla tensão de operação de 3,0 V a 5,5 V o torna compatível com os circuitos de controle de aparelhos mais comuns.

Outra aplicação bem adequada para o HTU31 são impressoras e copiadoras. Umidade e temperatura são parâmetros críticos no manuseio do papel, bem como na administração de tintas e toners e na confirmação de que o processo é eficiente e os resultados são profissionais. A alta confiabilidade e robustez ambiental confirmam que o HTU31 é adequado para uma ampla variedade de aplicações comerciais, industriais e de impressão do consumidor.

Estações meteorológicas, tanto comerciais quanto residenciais, também são áreas em que o HTU31 pode ser utilizado.  Sua ampla faixa de temperatura de operação de -40° C a +125° C e alta precisão o tornam bem adequado para aplicações externas e de custo crítico.

Os sistemas de conforto e controle automotivos são outra área de aplicação onde o HTU31 é bem adequado.  A faixa de temperatura de operação se encaixa nas necessidades da indústria automotiva e seu pequeno tamanho permite integração em espaços apertados, com respostas rápidas às mudanças de temperatura. A umidade é importante não só para o conforto dos passageiros, mas é fundamental para o monitoramento e controle do desembaçamento de janelas e espelhos.

10. Resumo

A TE Connectivity apresentou um novo sensor de umidade e temperatura com saída digital montável em superfície, o HTU31, em acondicionamento de 2,5 x 2,5 x 0,9 mm. Esses sensores de alta precisão calibrados individualmente são serializados para fins de rastreabilidade e fornecem uma precisão típica de ±2% para umidade relativa e ±0,2° C para temperatura.  Eles vêm em acondicionamento DFN compacto de seis pinos, contam com tempo de resposta rápido e têm um consumo de energia normal de apenas 3,78 μW. Os sensores estão disponíveis tanto em um formato I²C digital com endereços configuráveis, quanto em uma versão analógica com uma saída de 0,5 V a 4,5 V.

Agora que apresentamos a nossa mais recente tecnologia de sensores, é sua vez de projetar o sensor nos produtos do amanhã. Visite TE.com para saber mais sobre este sensor e o amplo portfólio de soluções de sensores da TE.